[发明专利]消泡组合物

说明书

发明领域

本发明涉及消泡组合物，其制备方法以及使用方法。

背景技术

在造纸厂和制浆厂中产生的泡沫会干扰许多过程，其可以影响精磨机、泵、筛、离心净浆器、脱墨设备以及脱水设备的效率。泡沫还将不利地影响最终的纸张形成、多孔性、不透明性、可印刷性、光滑度以及层间粘合强度。过量的起泡会导致纤维和原材料的损失。进一步地，由于湿纸幅中残存空气的存在可以影响在造纸网上纸张的滤过速率。当纸张或垫纸上具有大量的残存气泡时，由于通过纸张或垫纸的水还必须穿过气泡，所以滤过速率降低了。

然而，在许多主要的工业和医学处理中疏水性二氧化硅组合物仍旧被选作消泡剂。在用于生产条纹水印纸张(例如纸、油毡纸等)的纤维材料的制浆和再制浆中，生产过程的几个阶段都会遇到严重的起泡问题，尤其是当纤维物质受到强烈的搅动时和存在具有发泡性质的天然有机物质时。不受控制的发泡可以导致产量降低、出现低质量的条纹水印纸张产品以及其它不良的结果。在漂白、损纸浆或回用纸浆的脱墨、蒸煮、洗涤以及滤水操作等过程中也能遇到发泡现象。各种废料或者废水或可再循环的液体可以含有相当数量的泡沫，因此可能需要加入消泡剂。Simethicone是一种流体的抗泡沫或消泡组合物，其由聚二甲基硅氧烷和根据其预期用途适当纯化的二氧化硅组成。在U.S.专利2,441,098中描述了液体甲基硅氧烷聚合物的制备，这项公开在此被引入作为参考文献。Simethicone正常的物理状态为水白色至灰色的半透明，粘稠，油样液体，密度为0.965-0.970g/cm³，其与水和乙醇明显可以混溶。

有关Simethicone在医疗上已经建立起来的治疗用途包括作为软膏剂的基质成分、局部药物载体、皮肤保护剂，但最特别的是作为人用的抗气体和抗气胀剂以及兽用的抗肿胀剂。

目前市售的消泡剂可以在令人惊奇低的浓度(低至0.0005％至约3％，优选的是为0.01-1％)下解决许多工业泡沫问题。尽管更高浓度也有效，但其不可行。尤其是在泡沫很难控制(例如对于工业粘合剂配方)的含水体系中，它们是有效的消泡剂。

在含水发泡系统中已经采用细碎的二氧化硅颗粒来抑制泡沫。典型的做法是，处理这些二氧化硅或硅酸盐使它们成为疏水性物质，最常用的处理剂可能是硅油。关于在含水发泡系统中被处理含硅物质有效性的确切原因尚未完全或最终定论，但是科技文献中包含了相当数量对此问题的理论化解释。

本领域一般认为，在含水发泡系统中对于泡沫的抑制来说，无论是疏水性细小的二氧化硅还是硅油都是必不可少的。下列理论可使这个结论合理化：首先，疏水性二氧化硅被认为是泡沫破裂剂，即疏水性二氧化硅的细小颗粒有助于使泡沫的气泡破裂。第二，硅油实质上是一种可以保护填料颗粒并使之与泡沫的气泡表面接触的载体流体。

疏水性二氧化硅和硅酸盐的制备其本身已经变成了一种工艺，并且已经颁布了许多有关这项工艺各个方面的专利。基本上疏水的二氧化硅或硅酸盐的结构尚未肯定。从文献中得知，具有明显的表面羟基化或表面硅烷醇含量的颗粒状含硅物质可以起化学反应。

在本领域中已知两种制备疏水性制剂的主要方法。这些方法是“干法焙烧”法和“现场”法。在两种方法中，用大约5-40wt％的硅油处理二氧化硅。在“干法焙烧”法中，通过加热用硅油处理或浸渍干燥粉末状的二氧化硅，例如在约205℃下处理或浸渍4-6小时，用硅氧烷流体包被二氧化硅。然后将生成的包衣二氧化硅分散在载体流体，例如矿物油、食用油、硅油、脂肪酸、脂肪酯、聚烷氧基化物酯，水或它们的混合物中，从而形成消泡剂。

在第二种方法即“现场”法中，将二氧化硅的干燥产品、载体以及硅氧烷流体进行混合，在催化剂(例如胺，二胺或碳酸铵)存在下，于约105-140℃下加热4-6小时，形成均匀的混合物，并将二氧化硅转化为疏水性颗粒，以一步形成消泡制剂。

不幸的是，这两种方法均具有某些缺点。干法焙烧法需要大型昂贵的设备来加工商业上无可非议量的低密度二氧化硅粉末。在许多情况下，大型设备的成本有效地限制了整个设备的物料通过量。

常规的现场法提供了液体介质的优势，其可抵消干法焙烧法的低密度/高体积过程的限制，但是以在组合物中引入催化剂/助催化剂残渣作为代价。反过来，这类残渣的有害作用必须通过加入其它成分(例如调节物质)来抵消，这些成分会不利地限制生成的组合物的应用性。

我们期望的是找到一种以半间歇或连续步骤来制备疏水性二氧化硅颗粒的方法。